Anordnung für die Leistungssteuerung von Synchronmaschinen und Synchron-Syncla-on-Umformern. Die Leistung einer Synchronmassshin-e ist bekanntlich annähernd dem Winkel zwischen dem Vektor ihres fiktiven Erregerfeldes und dem Vektor ihres fiktiven Netzfaldes propor tional.
Bei Syneäron-Synchron-Umformern, die zur Kupplung zweier Netze dienen, gilt dies <B>-</B> wenn man von den Verlusten des Umfor mers absieht<B>-</B> sowohl für die eine wie für die andere Maschine. Die von Synohron-Syn- chron-Umformern übertragene Leistung ist daher der Summe oder der Differenz aus dem Winkel zwischen *den beiden Vektoren der fiktiven Netzfelder und dem Winkel zwi schen den beiden Vektoren der fiktiven Er regerfelder annähernd proportional.
Um bei festliegenden Netzvektoren einen Einfluss auf die Leistungsübertragung von Sync'hron-Syne,hron-Umformern zu haben, muss man daher bekanntlich entweder den Winkel zwischen den beiden fiktiven Netz feldern oder den Winkel zwischen den beiden fiktiven Erregerfeldern oder beide ändern können, muss also mit andern Worten Vor richtungen zur Verdrehung eines oder beider Netzfelder oder eines oder beiden Erregerfelder haben.
Mittel zu diesem Zweck sind beispielsweise Ständerdrehvor- richtungen, Drelitransformatoren zwischen Ständerwicklung und Netz, verstellbare Kupplungen oder Getriebe zwischen den bei den Läufern, mehrphasige Erregerwicklun gen, bei denen die Stromverteilung auf die einzelnen Phasen so geändert werden kann, dass sich das fiktive ErregerfeJd gegen die Erregerwicklung verschiebt usw. Als Son derfall der melirphasigen Erregerwicklung gelten auch geschlossene oder aufgeschnit tene Gleichstromwicklungen, bei denen die verschiedenen Erregerspannungen an ver schiedenen Punkten zugeführt werden.
Derartige Vorrichtungen zur Beeinflus sung der Leistungsübertragung von Syn- ehron-Synchron-Umformern sind beispiels weise zum Synchronisieren eines Synchron- Synchron-Umformers mit bereits belasteten Synchron-Synchron-Umformern erforderlich, da die Synchronisierung ohne Stoss, das heisst mit der Leistung Null erfolgen soll. Ferner sind sie dann notwendig, wenn man bei parallel arbeitenden Synchron-Synchron-Um- formern die Last auf die parallel arbeiten den Aggregate nach einem bestimmten Ver hältnis verteilen soll.
Sofern die parallel ar beitenden Synchron-Synchron-Umformer auf die gleichen Sammelschienen geschaltet sind, lässt sich die Leistungsverteilung auf diese Weise eindeutig beherrschen, da für alle Ma schinen die Netzvektoren praktisch iden- tisel-i sind. Anders liegt die Sache aber, wenn die Synchron-Synchron-Umformer über Im pedanzen parallel arbeiten, wenn sie also bei spielsweise durch längere Leitungen, Trans formatoren, Schutzdrosseln, Widerstände oder dergleichen miteinander verbunden sind.
In diesem Falle hängt die Lastverteilung auf die Synchron-Synchron-Umformer auch von den Belastungszuständen der beiden Netze ab, insofern als dann die Netzvektoren an den einzelnen Umformern nicht mehr gleichgerichtet sind. Solange solche Verdre hungen konstant bleiben, kann ihr Einfluss leicht ein für allemal durch Vorrichtungen zur Verdrehung der Ständer- oder Läufer felder beseitigt werden.
Dagegen können Schwankungen der gegenseitigen Lage der Netzvektoren bei den verschiedenen parallel arbeitenden Synchron-Synchron-Umformern, die von den wechselnden Belastungen der beiden Netze herrühren, einen ungünstigen Einfluss auf die Leistungsverteilung und den Parallelbetrieb, sowie im Zusammenhang damit die Ausnützung und den Wirkungs grad der Synchron-Synchron-Umformer haben.
Es ist nämlich möglich, dass dann die Vektoren der beiden Netze bei einem oder mehreren der Synchron-Synchron-Umformer so weit auseinanderlaufen, dass die Leistung dieses Synchron-Synchron-Umformers über das zulässige Mass hinaus steigt, so dass er zum Schutz vor Überlastung abgeschaltet werden muss oder bei Erreichung der Kipp grenze ausser Tritt<B>fällt.</B> Ein solches Vor kommnis beeinträchtigt die Betriebssicher- Ileit, da die Gefahr besteht,
dass der Ausfall eines oder mehrerer Synchron-Synchron-Um- former auch Überlastung -bezw. Abschaltung oder Aussertrittfall#en der übrigen parallel arbeitenden Synchron-Synchron-Umformer nach sieh zieht, so dass das Netz spannungs los wird und eine längere Betriebsstörung entsteht.
Es ist sogar der Fall denkbar, dass bei einer starken Belastungsänderung in einem Netz der Leistungsausgleich nicht nur über dieses Netz, sondern auf dem Wege durch die Synchron-Synchron-Umformer auch über das andere Netz erfolgt, so dass die Gefahr der Überlastung der Synchron-Syn- ehron-Umformer und der geschilderten Fol gen für den Betrieb besonders gross wird.
Gegen diese Übelstände wurde bisher das zwar einfache, aber recht kostspielige Mittel angewendet, einen genügend grossen oder so- ZD viele kleinere Synchron-Synchron-Umformer parallel arbeiten zu lassen, dass die Gefahr der Überlastung des bezw. der Umformer gunz unwahrscheinlich wird. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass man sehr viele oder sehr grosse Maschinen mit hohen Anlagekosten braucht, und daZ diese Maschinen im Mittel schlecht belastet sind und also mit schlechtem Wirkungsgrad ar beiten.
Man kann nun, um diese Nachteile<B>zu</B> umgehen, die Synchron-Synchron-Umformer elastischer machen und ihren Parallelbetrieb verbessern, indem man erfindungsgemäss eine oder beide der zu den Synchron-Synehron- Umformern gehörenden Synchronmaschinen mit einer mehrphasigen Erregeranordnung -v ersieht und die Steuerung der Erreegerströme durch Regulierorgane in den Erreger- oder Hilfserregerkreisen betriebsmässig einem oder mehreren selbsttätigen Reglern überträgt.
Der eine dieser Regler (der gegebenenfalls eine aus mehreren Reglern bestehende Reg- lergruppe sein kann) ändert das Verhältnis der Erregerströme in den einzelnen Phasen und ihre Stromrielitung in Abhängigkeit von irgendeiner Betriebsgrösse so, dass das fiktive Erregerfeld seine Lage zur Erregerwicklung verschiebt und sich damit gegen das Netzfeld verdreht, wodurcli vorzugsweise die Wirk leistung der Maschine gesteuert wird.
Da gegen kann durch gleichmässige Vergrösse rung oder Verkleinerung sämtlieller Erreger ströme ohne Änderung ihres Verhältnisses, also durch Vergrösserung oder Verkleinerung des Erregerfeldes bei gleichbleibender rela tiver Lage zur Erregerwicklung und damit zum Netzfeld vorzugsweise die Spannung oder die Blindleistung der Synchronmaschine von Hand oder durch einen zweiten Regler gesteuert werden.
In Abb. <B>1</B> ist beispielsweise eine Anord nung dieser Art dargestellt; eine der beiden zum Synchron-Synchron-Umformer gehören den Synchronmaschinen, und zwar beispiels weise eine Drehstrommaschine <B>1</B> besitzt eine als zweiphasig angenommene Erregerwick lung mit den elektrisch aufeinander senkrecht stehenden Wicklungen 2 und<B>3,</B> die über zwei Regulierorgane, beispielsweise zwei Vorschalt-Regulier-Widerständen 4 und<B>5,</B> von einer Erregermaschine<B>6</B> gespeist werden.
Die beiden Gleitkontakte der Regulierwider stände sind zwangläufig miteinander verbun den und werden von einem Regler<B>7</B> derart verstellt, dass bei Zunahme des Erregerstro mes in der einen Feldwicklung der Erreger strom in der andern Feldwicklung so ab nimmt, dass das Erregerfeld gedreht wird, ohne seine Grösse nennenswert zu ändern.
Die Zwangläufigkeit der Verbindung zwischen den beiden Regulierorganen ist zwar nicht unbedinut erforderlich, da eine Verdrehung des Erregerfeldes auch schon durch eine Ver änderung an einem der beiden Regulierorgane (Vorschaltwiderstände) 4 oder<B>5</B> erreielit wer den kann; sie ist aber zweckmässig, um den Verdrehungsbereich vergrössern und um Wirkleistung und Blindleistung möglichst unabhängig von einander regeln zu können.
Bei gleichbleibender Stellung des Reglers<B>7,</B> also bei gleichbleibendem Verhältnis der Er regerströme in den Phasen, kann nämlich ihre Grösse und damit die Grösse des fiktiven Erregerfeldes dadurch geändert werden, dass die Spannung an der Feldwicklung<B>8</B> der Erregermaschine vergrössert oder verkleinert wird.
In dem in Abb. <B>1</B> dargestellten Bei spiel erfolgt dies durch einen veränderlichen Vorschaltwiderstand <B>9</B> vor dieser Feldwick lung<B>8,</B> also im Ankerkreis der Hilfserreger- maseliine <B>10</B> entweder von Hand oder durch einen zweiten selbsttätigen Regler<B>11.</B> Der erste Regler<B>7</B> ist also ein Wirkleistungs- regler, der zweite Regler<B>11</B> ein Blindlei- stungs- oder Spannungsregler.
Der Wirkleistungsregler kann beispiels weise die Wirkleistung einer Synchronma schine und damit auch die Wirkleistung eines Syneliron-Synchron-Umformers konstant hal ten, auch dann, wenn die Spannungsvektoren der beiden Netze ihre gegenseitige Lage än dern. In diesem Falle wäre also die Be triebsgrösse, von der der Regler abhängt, die Leistung einer der beiden Synchronmaschi nen.
Praktisch wichtig ist ferner auch der Fall, bei dem der Wirkleistungsregler als selbsttätiger Leistungsbegrenzer wirkt; er greift dann nur ein, wenn bestimmte einstell bare (motorische oder generatorische) Lei stungen überschritten werden, und zwar in dem Sinne, dass er die Überschreitung dieser Leistungen verhindert, im übrigen Bereich aber freies Spiel lässt. Zu diesem Zweck muss der Regler bei zu grosser (motorischer oder generatorischer) Leistung das Erregerfeld im Sinne der Verkleinerung dieser Leistung ver drehen.
Diese Bedingung ist leicht zu erfül len, wenn das Steuerorgan des Reglers aus einem wattmetrischen Relais besteht, da die ses Relais bei verschiedener Richtung des Leistungsflusses nach verschiedenen Richtun gen ausschlägt. Der Wirkleistungsregler kann weiterhin auch von der Gesamtleistung mehrerer parallel arbeitender Synchron-Syn- chron-Umformer oder von der Leistung eines Verbrauchers oder dem durch eine Leitung fliessenden Energiefluss abhängig gemacht werden. Er kann auch von einer Stromstärke, einer Drehzahl oder Frequenz, dem Winkel zwischen zwei Netzvektoren oder von einer aus solchen Betriebsgrössen irgendwie zusam mengesetzten Grösse gesteuert werden.
Das Olleiche gilt auch. für den zweiten Regler, der oben als Blindleistungs- oder Spannungs regler bezeichnet wurde.
Es ist dabei ohne Belang, ob die beiden Regler einfache Kontaktgeber oder ob sie hochentwickelte Regler mit Servomotor, Rückführungen, Dämpfungen usw. sind. Die Bauart der Regler richtet sich ganz nach den praktischen Bedürfnissen des einzelnen Falles.
Abb. 2 zeigt noch ein anderes Beispiel. Die ebenfalls zweiphasig angenommene Er- regerwie,klung der Synchronmaschine<B>1</B> wird hier von zwei getrennten Erregermaschinen 6a und<B>6b</B> gespeist, deren Feldwicklungen 8a und<B>8b</B> auf eine gemeinsame Hilfserreger- maschine geschaltet sind. Die Spannungen für die Feldwicklungen 8a und 8b werden einem als Spannungsteiler ausgebildeten, an der Hilfserregermaschine <B>10</B> liegenden Regu lierwiderstand<B>5</B> entnommen.
Das Bürsten paar 12a, das die Spannung für die Feldwick lung 8a abgreift, steht räumlich senkrecht auf dem Bürstenpaar<B>12b,</B> das die Feldwick- Jung <B>8b</B> speist. Durcli diese Anordnung wird erreicht, dass bei Verdrehung des Armkreu zes mit den beiden Büretenpaaren am Span nungsteiler die Ströme in den beiden Feld wicklungen 8a und<B>8b</B> und damit den beiden Erregerwieklungen 2 und<B>3</B> sich so ändern, dass das fiktive Erregerfeld der Synchron maschine<B>1</B> sich gegen die Erregerwicklung und damit das Netzfeld verdreht, ohne seine Grösse wesentlich zu ändern.
Auf den Span- nungsteiler arbeitet, z. B. über einen Ket tentrieb<B>13,</B> ein selbsttätiger Regler, der wie oben ausgeführt, von irgendeiner Betriebs grösse abhängt. Dabei ist die Konstruktion des Reglers beispielsweise so angenommen, dass der elektrische Servomotor 14 von dem Wechselkontakt<B>15</B> des Steuerorganes, bei spielsweise eines Wirkleistungsrelais, im einen oder andern Drehsinne in Bewegung und dann wieder stillgesetzt wird.
Die Span- nung bezw. Blindleistung der Synchronma schine<B>1</B> wird von Hand oder durch einen zweiten selbsttätigen Regler durch Verstel lung des Vorschalt-widerstandes <B>16</B> im Er regerkreis der Hiliserregermaschine <B>10</B> ge steuert.
An Stelle der zwei Erregermaschinen 6a und<B>6b</B> der Abb. 2 lässt sich auch eine Spalt- polmaschine nach<B>D.</B> R. P. Nr. 346466 an wenden.
Über das bisher Gesagte hinaus lässt sich mit den beschriebenen Anordnungen, die Ge genstand der vorliegenden Erfindung sind, ein besonders ins Gewicht fallender Vorteil für den Betrieb von Synchronmaschinen und Synchron-Synchron-Umformern erreichen, wenn man die Einrichtung zum Verdrehen des Erregerfeldes so baut, dass die Verdre hung nach beiden Richtungen endlos fortge setzt werden kann. Im Beispiel der Abb. 2 ist dies bereits vorgesehen, im Beispiel der Abb. <B>1</B> liesse sich das gleiche durch kreisför mige Anordnung und Stufung der Wider stände 4 und<B>5,</B> sowie Stromwendung erzie len.
Auf diese Weise kann man die Kipp grenze beliebig weit hinausschieben und er reichen, dass die einzelnen Erreger-Magnet- pole der Synchronmaschine ihre Lage dann nicht mehr nur innerhalb ihres eigenen Pol- teilungsbereiches verändern, sondern über eine beliebige Anzahl von Polteilungen hin weggleiten können. Dadurch verliert die Syn- ehronmaschine und der Synchron-Synchron- Umformer ihren starr an Synchronismus ge bundenen Charakter.
Mit dieser Anordnung ausgerüstete Synchronmasehinen und solche Synchron-Synchron-Umformer, bei denen we nigstens eine der beiden Maschinen eine so ausgestattete Synchronmaschine ist, erhalten damit vorübergehend oder dauernd die Ei genschaften einer Asynehronmaschine und eines asynchronen Umformers.
Damit ist eine neue Zwischenform zwischen der iSynchron- maschine und der Asynehronmaschine ge funden, die man (als Gegenstück zu der be kannten Bezeichnung "synchronisierte Asyn- ellronmaschine") "asynchronisierte <B><I>Syn-</I></B> ehronmaschine" nennen kann.
Durch sie ent steht auch eine neue Art von Umformern, die "asynchronisierten Syncliron-Synchron- Umformer". die zwischen den Svnchron-Syn- chron-Umformern einerseits und den asyn- ehronen Netzkupplungsumformern ander seits stehen und den ersteren durch ihre Steuerbarkeit und Anpassungsfähigkeit, den letzteren durch ihre Einfaehkeit und Billig keit überlegen sind.
Beispielsweise ermöglicht schon die Ver bindung von solchen asynchronisierten Syn- ehron-Synchron-Umförmern, bei denen nur eine der beiden miteinander gekuppelten Ma schinen eine asynchronisierte, die andere da gegen eine gewöhnliche Synchronmaschine ist bezw. sein kann, die Kupplung zweier selb ständiger Netze.
Die Synchronisierung der zunächst als asynchron angenommenen Netze lässt siell bei spielsweise dadurch bewerkstelligen, dass zu erst die, Synchronmaschine in der üblichen. Weise mittelst einer Anwurimaschine hoch gefahren und mit ihrem Netz synchronisiert wird.
Um hiernach die asynclironisierte Synchronmaschine mit ihrem Netz parallel schalten zu können, genügt es, eine grobe An näherung der Drehzahlen bezw. Frequenzen der beiden Netze abzuwarten oder (durch Be einflussung von Antriebsmaschinen eines der beiden Netze) herbeizuführen und den Aus gleich des noch verbleibenden Schlupfes und die Phaseneinstellung durch Verstellung am Regulierorgan (Widerstände 4 und<B>5)</B> vorzu nehmen. Dies kann entweder von Hand oder mittelst eines regulierbaren Verstellmotors geschehen oder aber einem selbsttätigen Reg ler übertrao, n. werden.
Zu diesem Zweck ne wird das Steuerorgan dieses Reglers, bei spielsweise des Reglers<B>7,</B> von dem Winkel zwischen dem Vektor des fiktiven Netzfeldes und dem Vektor des fiktiven Erregerfeldes in irgend einer bei Synchronoskopen üblichen Weise beeinflusst. Er dreht das fiktive Er regerfeld so, dass dieser Winkel zu Null wird, so dass stossfrei parallelgeschaltet. werden 'kann. Bei Synchron-Syncliron-Umformern dagegen lässt sich die Frequenz- und die Pha senübereinstimmung nur durch Einwirkung auf die Antriebsmaschinen eines der Netze erreichen.
Dies stösst aber bekanntlich bei grossen Netzen mit vielen Maschinen auf er hebliche, praktisch oft unüberwindliche LSchwierigkeiten.
Der Betrieb zweier durch einen asyn- ehronisierten Synchron-Synchron-Umformer gekuppelten selbständigen Netze weist gegen über dem Betrieb dieser Netze mittelst eines yneliron-Syneliron-Umformers im wesent lichen folgende Vorteile auf: Der Synchron- Synellron-Umformer müsste bei einer Bela stungsänderung in einem der beiden Netze die ganze Leistung übertragen, mit der sich das andere Netz an dieser Belastungsände rung beteiligt.
Dieser Anteil hängt bekannt- lieh in der Hauptsache von den Schwung- massen und den vorübergehenden und dauernden Ungleichförmigkeitsgraden der Antriebsmaschinenregler ab und verhält sich <B>-</B> übersehlägig betrachtet<B>-</B> zu der Lei stung, die das von der Belastungsänderung betroffene erste Netz selbst aufbringt, etwa wie die gesamten in den Netzen vorhandenen Mascliinenleistungen. Ist das eine Netz im Verhältnis zum andern sehr gross, so hat der Synchron-Synchron-Umformer den grössten Teil der Belastungsänderung zu übertragen;
die Gefahr seiner Überlastung ist also dann bedeutend. Im Gegensatz hierzu entzieht sich der asynchronisierte Synchron-Synehron- Umformer in einem solchen Falle der Über lastung dadurch, dass er die beiden Netze ge geneinander schlüpfen lässt. Er bewirkt so, dass das von der Belastungsänderung betrof fene Netz selbst den grössten Teil der Be lastungsänderung, teils aus den Schwung- massen, teils durch stärkere Leistungsabgabe seiner Antriebsmaschinen infolge des Dreh zahlabfalles übernimmt.
Handelt es sich unt eine vorübergehende Belastungsspitze, so wird sich der Synchronismus beider Netze nachher von selbst wieder einstellen; handelt es sich um eine dauernde Belastungsände rung, so kann durch Nachregulierung an den Antriebsmaschinen eines der beiden oder bei- der Netze, sei es von Hand, sei es selbst tätig, der Synchronismus mit der gleichen oder einer andern Umformerleistung wie frü her wiederhergestellt werden.
Ähnliches gilt für den Fall, dass ein niel-it selbständiges Netz durch asynchronisierte Synchron-Synchron-Umformer mit einem selbständigen Netz gekuppelt ist; vorüber gehende Belastungsänderungen werden hier durch vorübergehendes Schlüpfenlassen teils aus den Schwungmassen der Umformer und der drehzahlabhängigen Motoren gedeckt, teils infolge der Spannungs- und Drehzahl änderung auf die Verbraucher abgewälzt.
Grundsätzlich steht nichts im Wege, eine asynchronisierte Synchronmaschine und einen asynchronisierten Synchron-Synchron-Um- former dieser Art beliebig lange schlüpfen zu lassen, wenn die Beeinflussung des<B>Re-</B> glers durch irgend eine der oben erwällnien Betriebsgrössen dies erforderlich machen sollte.
Man kann dem Regler aber auch die Auf- ,gabe, die Maschineschlüpfen zu lassen, ganz oder teilweise abnehmen,-indem-man das Re gulierorgan zur Verdrehung des Erregeriel- des (beispielsweise Spannungsteiler<B>5</B> in Abb. 2) zeitweise oder dauernd von c-iner Welle antreibt, deren Drehzahl dem Schlupf oder der Schlupffrequenz genau oder annä hernd proportional ist.
Hierdureli wird der Bau des Reglers vereinfacht und erleichti#rt, da die Anforderungen an seine Regulierge- sellwindigkeit gemindert werden und unter Umständen der Hub des Reglers nicht endlos zu sein braucht.
Um sich die mit dem Schlupf oder mit der Schlupffrequenz um laufende Welle zu beschaffen, kann man sich verschiedener inechanischer oder elektrischer Hilfsmittel bedienen: beispielsweise eines Synchron-Asynchron- oder synchronisierten Asynchronmotors mit oder ohne Erregung, der von einer Spannung der Schlupffrequenz (also beispielsweise von den Schleifringen der Hauptmaschine<B>1</B> oder von den Bürsten einer der Erregermaschinen oder des Regu lierwiderstandes oder von einem entsprechend angetriebenen Frequenzwandler) gespeist wird, oder ferner eines Differentialgetriebes,
dessen eine Antriebswelle von der Hauptma- schinenwelle und dessen andere Antriebswelle von einer genau oder annähernd synchron mit dem Netz umlaufenden Motor angetrie ben wird. Die mit dem Schlupf oder der Schlupffrequenz umlaufende Welle kann bei spielsweise auf den Widerstand des Regulier- organes zur Verdrehung des Erregerfeldes arbeiten, während der Regler wie früher be schrieben (vergleiche Abb. 2)
auf das Arm kreuz dieses Regulierorganes einwirkt und damit trotz des Umlaufens des Regulieror- ganes seinen Einfluss auf die Winkellage des fiktiven Erregerfeldes behält. Die Anord- nuno, kann aber auch umgekehrt sein. Fer ner kann die mit dem Schlupf oder der Schlupffrequenz umlaufende Welle auch auf ein Differentialgetriebe arbeiten, dessen zweite Antriebswelle von dem Regler ver dreht wird und dessen Antriebswelle das Regulierorgan verstellt, so dass wieder die von der Welle und dem Regler herrühren den Bewegungen sich überlagern.
Weiterhin sind auch Anordnungen denkbar, bei denen der Regler seine Einwirkung durch Verdre hen des Ständers der erwähnten synchronen oder asynchronen Antriebsmotoren mit Schlupfdrehzahl ausübt. Auf die mit dem Schlupf oder der Schlupffrequenz umlau- ènde Welle kann man vorübergehend oder dauernd Bremsen arbeiten lassen, um die Welle festzuhalten, wenn kein Moment auf sie einwirkt. Diese Bremsen können von einem Steuerorgan in Abhängigkeit von irgend einer Betriebsgrösse, beispielsweise von dem Regler, gelüftet oder eingelegt wer den.